在水處理中粉末活性炭的應(yīng)用

活性炭是一種非極性吸附劑。外觀為暗黑色，有粒狀和粉狀兩種。近幾年又發(fā)展了球狀活性炭，浸透型活性炭和高分子涂層活性炭等新的品種。活性炭主要成分除炭以外還含少量的氧、氫、硫等元素，以及水分、灰分。其具有巨大的比表面積(通常比表面積高達(dá)500～1700 m2/g)和特別發(fā)達(dá)的微孔，吸附性能和化學(xué)穩(wěn)定性良好，可以耐強(qiáng)酸、強(qiáng)堿，能經(jīng)受水浸、高溫、高壓作用，不易破碎。

投加粉末活性炭后，水體相當(dāng)部分有機(jī)物得到去除，水體中膠狀物質(zhì)含量減少，表面粘度下降。粉末活性碳吸附在絮凝物上，有利于絮體的架橋，能改善絮體的結(jié)構(gòu)。除有良好的去除有機(jī)污染能力，同時還具有良好的助凝作用，使出水CODcr、色度、濁度大幅度下降。同時活性炭對水中的致癌物與致突變物及其含酚化合物均有良好的去除效果。
    粉末活性炭對人工合成化學(xué)物的吸附去除主要取決于該化合物的類型。在選擇投加點(diǎn)時，要有充足的攪拌條件，使粉末活性炭能快速與處理水有良好的混合接觸；盡量延長粉末活性炭與水體接觸吸附時間，充分利用粉末活性炭的吸附能力，提高吸附率；選取粒徑小和中孔較發(fā)達(dá)的木質(zhì)粉末活性炭，使同等重量的活性炭吸附面積相對大，提高活性炭對有機(jī)物的吸附效能；盡量減少水處理藥劑對吸附的干擾(如氯、高錳酸鉀、混凝劑等)；根據(jù)投加量的多少、場地條件選取干式或濕式投加。

粉末活性炭的凈水效能研究
　　粉末活性炭吸附水中溶質(zhì)分子是一個復(fù)雜的過程，是幾種力綜合作用的結(jié)果，包括離子吸引力、范德華力、化學(xué)雜和力。根據(jù)吸附的雙速率擴(kuò)散理論認(rèn)為，吸附是一個由迅速擴(kuò)散和緩慢擴(kuò)散兩階段構(gòu)成的雙速過程，迅速擴(kuò)散在數(shù)小時內(nèi)即完成，發(fā)揮了６０％－８０％活性炭的吸附容量。迅速擴(kuò)散是溶質(zhì)分子在碳粒內(nèi)沿徑向均勻分布的阻力小的大孔隙中擴(kuò)散的過程。這些大孔隙產(chǎn)生徑向的擴(kuò)散阻力。當(dāng)分子從大孔進(jìn)一步進(jìn)入與大孔相通的微孔中擴(kuò)散時，由于受到狹窄孔徑所產(chǎn)生的很大阻力，從而極為緩慢。微孔也是在碳粒內(nèi)均勻分布，但不構(gòu)成徑向的擴(kuò)散阻力。影響粉末活性炭吸附的因素涉及溶質(zhì)分子極性、分子量大小、空間結(jié)構(gòu)，這一點(diǎn)取決于水源水質(zhì)的特征?；钚蕴繉Σ煌奈镔|(zhì)分子具有選擇吸附性。
　　粉末活性炭的吸附性能評價研究
　　另一方面，對于吸附劑粉末活性炭，其內(nèi)表面化學(xué)結(jié)構(gòu)、比表面積可以影響吸附能力。在實(shí)際生產(chǎn)應(yīng)用中還有吸附速率的問題，活性炭顆粒的孔隙大小、粒徑分布決定了溶質(zhì)分子向碳粒內(nèi)部擴(kuò)散的速度。所以活性炭的吸附能力和吸附速率兩方面決定了活性炭的質(zhì)量。因此如何評價選擇活性炭的種類和質(zhì)量，如何根據(jù)水源水質(zhì)選擇合適的碳種和投加量，成為生產(chǎn)中亟待研究解決的重要課題。
　　國內(nèi)一般主要采用碘值、亞甲藍(lán)值來評價活性炭的吸附性能。但是生產(chǎn)實(shí)踐和經(jīng)驗(yàn)都證明僅采用這兩個指標(biāo)不能全面評價活性炭，與實(shí)際的吸附效果有所差距。因此采用這些指標(biāo)判斷活性炭的效能只有部分理論意義，不能全面、準(zhǔn)確地反應(yīng)實(shí)際吸附狀況。

目前評價水處理粉末活性炭的指標(biāo)存在的問題
　　經(jīng)過研究發(fā)現(xiàn)：碘值、亞甲藍(lán)值只能夠表明活性炭顆粒中細(xì)小孔徑的比表面積大小，但是在實(shí)際生產(chǎn)中有吸附速率的問題，即凈水工藝中吸附時間是有限的，水處理中應(yīng)用的粉末活性炭遠(yuǎn)未達(dá)到完全吸附平衡?；钚蕴款w粒內(nèi)部中等孔隙是有機(jī)物分子的進(jìn)入通道，一般認(rèn)為活性炭的中等孔隙越發(fā)達(dá)越有利于吸附動力學(xué)平衡，所以中孔是否發(fā)達(dá)決定了吸附速率。為了結(jié)合實(shí)際應(yīng)用，我們不僅考慮粉末活性炭的總吸附比表面積（也就是碘值、亞甲藍(lán)值等指標(biāo)），還要判斷粉末活性炭顆粒內(nèi)部的孔徑分布是否容易達(dá)到快速吸附，即明確轉(zhuǎn)化為如何評價活性炭的孔徑分布是否合理。
　　進(jìn)一步研究發(fā)現(xiàn)，采用一些具有特定立體空間結(jié)構(gòu)的有色大分子可以表征活性炭的孔徑分布。同時這些物質(zhì)可以采用一定的分析方法**定量。采用這一系列的分子量階梯排列的吸附質(zhì)來評價粉末活性炭的綜合性能，與水廠生產(chǎn)情況和實(shí)際水樣吸附效果相一致。

通過研究分析尋找水體特定的污染表征物，制定相應(yīng)的評價方法。
　　隨著試驗(yàn)深入，采用某水源廣泛存在的一種典型有機(jī)污染化學(xué)工業(yè)產(chǎn)品標(biāo)樣來作為吸附質(zhì)進(jìn)行試驗(yàn)。這種酚類物質(zhì)分子量適中，中等極性，分子空間結(jié)構(gòu)較大，所以可以很好地代表水中的較復(fù)雜有機(jī)分子。
　　采用綜合評價方法來衡量活性炭的性能：采用碘值、亞甲藍(lán)吸附值評價粉末活性炭的微孔比表面積；采用一些具有特定結(jié)構(gòu)的大分子表征活性炭的中孔發(fā)達(dá)情況；采用一種酚類標(biāo)樣作為復(fù)雜有機(jī)物質(zhì)的代表來確定活性炭的吸附能力，通過三方面綜合評判可以更加準(zhǔn)確和客觀。
　　吸附特定大分子有機(jī)物，對于木質(zhì)碳而言，２５０目的吸附效果比200目提高１０．１％，３２５目的比２００目提高２５．３％；對于煤質(zhì)而言，２５０目的吸附效果比２００目提高６６．２％，３２５目的比２００目提高１０１．５％。對于木質(zhì)和煤質(zhì)活性炭吸附特定大分子有機(jī)物效果比較，木質(zhì)遠(yuǎn)遠(yuǎn)優(yōu)于煤質(zhì)。
　　 吸附特定天然有機(jī)物，對于木質(zhì)碳而言，250目的吸附效果比２００目提高４９．２％，３２５目的比２００目提高６１．９％；對于煤質(zhì)而言，２５０目的吸附效果比２００目提高４８．０％，３２５目的比２００目提高５６．０％。以這兩種木質(zhì)和煤質(zhì)活性炭吸附特定天然有機(jī)物比較，木質(zhì)遠(yuǎn)遠(yuǎn)優(yōu)于煤質(zhì)，吸附數(shù)量超過１-２倍。
　　試驗(yàn)結(jié)果表明：木材、果核為原料生產(chǎn)的活性炭與無煙煤為原料生產(chǎn)的活性炭相比，中孔數(shù)量較多，從吸附性能角度看，一般木質(zhì)、果核類活性炭較適合于某重污染水源，去除以酚類為主的致臭污染物水處理應(yīng)用。煤質(zhì)碳由于比重較大，相對用于助凝去除有機(jī)物和價格上有優(yōu)勢，尤其是對于不是以酚類為主的污染源的吸附流程較短的水廠。通過研究認(rèn)為粉末活性炭的吸附能力與粒徑相關(guān)，粒徑越小，比表面積越大，吸附越強(qiáng)；但粒徑過小，易于穿透濾層，引起用戶不滿。根據(jù)生產(chǎn)應(yīng)用經(jīng)驗(yàn)認(rèn)為，如在吸水口投加的水廠，為了充分利用粉末活性炭的吸附能力，宜采用目數(shù)大于２５０目的粉末活性炭；但同時必須嚴(yán)格控制沉淀池出水濁度為１ＮＴＵ左右，嚴(yán)格控制好濾池濾速。投加量較大的和在混凝沉淀后投加的水廠，宜采用小于２００目的粉末活性炭，以確保自來水水質(zhì)。

隨著凈水深度處理工藝的推廣和活性炭生物濾池的應(yīng)用，雖然顆?；钚蕴?/span>表現(xiàn)出良好的工藝性，但粉末活性炭吸附循環(huán)時間較短，投加方式較為簡捷，費(fèi)用較低，可根據(jù)水體污染情況隨時更換碳種，仍是其突出的優(yōu)點(diǎn)。對于固有工藝的水廠改善出水水質(zhì)，對于突發(fā)污染事故的迅速處理，是顆粒活性炭無法取代的功能。所以，隨著國內(nèi)水體環(huán)境的不斷惡化，水質(zhì)要求的不斷提升，在水處理行業(yè)應(yīng)用粉末活性炭的范圍將會不斷擴(kuò)大。逐漸從迫不得已的應(yīng)急事故處理應(yīng)用，轉(zhuǎn)向?yàn)樘岣吆透纳扑|(zhì)的應(yīng)用。粉末活性炭在水處理的應(yīng)用會越來越廣，將為防治污染，改善飲用水水質(zhì)，做出重要的貢獻(xiàn)。

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